[发明专利]基于压缩通道的单细胞生物电参量检测装置及检测方法

说明书

一种基于压缩通道的单细胞生物电参量检测装置及检测方法，该检测装置包括微流控芯片、阻抗测量模块和压力控制模块，其中，装置核心微流控芯片包括绝缘承载体和绝缘衬底，其中，绝缘承载体包括细胞流入通道、前端主压缩通道、前端侧压缩通道、后端主压缩通道、中间侧压缩通道、后端侧压缩通道以及细胞回收通道；其中，所述绝缘衬底包括金属电极，所述前端侧压缩通道、中间侧压缩通道和后端侧压缩通道均与金属电极连接。该检测方法包括进行实验得到原始阻抗数据的方法和数据处理得到单细胞生物电参量的方法，本发明实现了细胞膜比电容、细胞质电导率和细胞直径的高通量检测；有效扩展了待测细胞的尺寸范围。

技术领域

本发明属于生物医学检测领域，具体涉及一种基于压缩通道的单细胞生物电参量检测装置及检测方法。

背景技术

单细胞生物电学参量主要包括细胞膜比电容、细胞质电导率和细胞直径。其中，细胞膜由绝缘的磷脂双分子层和膜蛋白镶嵌或附着构成，这使细胞膜具有电容的电学性质，该电容的数值与磷脂双分子层和膜蛋白相关，而单位面积的细胞膜电容即为细胞膜比电容；与此同时，细胞质则通常被等效为电阻，该电阻的数值与骨架蛋白、细胞核以及细胞膜内离子浓度相关，而细胞质电导率则为反映细胞质电阻导电能力强弱的物理量；细胞直径同样是反映细胞生物电学特性的重要物理量。以上三个生物电学参量细胞膜比电容、细胞质电导率和细胞直径与细胞的生理病理过程息息相关，例如，不同的血细胞、不同侵袭能力的肿瘤细胞、不同分化阶段的干细胞之间生物电学参量均存在差异。然而，目前已有的检测单细胞生物电学参量的方法受限于检测通量低、检测参数数量有限或者待测细胞尺寸范围有限的问题，均无法实现宽尺寸范围下的单细胞细胞膜比电容、细胞质电导率和细胞直径的高通量检测。

检测单细胞生物电学参量的传统方法主要有介电泳、电旋转和微阻抗谱，在这类方法中，待测细胞被固定在特定的位置，接着采集多频阻抗数据并且转换为细胞膜比电容和细胞质电导率。这类方法中操纵和定位细胞耗时长、对操作熟练度要求高，因此受限于检测通量低的问题，无法得到具有统计学意义的大量数据结果。

为提高检测通量，阻抗流式细胞仪被用于单细胞生物电学参量检测，大概工作原理是在细胞流经横截面积被限制微孔的过程中，进行阻抗测量，表征生物电学特性。然而，该方法受限于加工工艺，不同批次之间微孔和电极尺寸差异较大，多次实验之间会产生不一致的结果。为解决前述方法的问题，提出了基于微流控技术改进的方法，大致工作原理是控制细胞连续通过微细加工形成的通道，同时进行阻抗测量，表征生物电学特性。然而，由于通道几何尺寸的限制和相应等效电学模型的缺失，该方法无法得到固有生物电学参数(例如细胞膜比电容、细胞质电导率和细胞直径等)，即检测参数数量有限。

为解决上述问题，基于压缩通道的微流控平台被用于单细胞生物电学参量检测。大致工作原理是控制细胞高速通过压缩通道，并且进行阻抗测量，接着基于相应的等效电学模型可将原始阻抗数据转化为固有生物电学参量。其中，“一字形”压缩通道可实现细胞膜比电容、细胞质电导率和细胞直径的同时检测，但受到图像采集和处理过程的影响，检测通量被限制；同时由于压缩通道的使用，待测细胞尺寸范围同样受到限制。对于“十字形”压缩通道，得益于避免了图像采集和处理过程，检测通量显著提高，但无法得到细胞尺寸，只能检测细胞膜比电容和细胞质电导率，受限于检测参数的数量；此外，同样受到压缩通道结构的影响，待测细胞尺寸范围也受到限制。对于“双T形”压缩通道，可实现细胞膜比电容、细胞质电导率和细胞直径的高通量检测，但由于压缩通道的使用，待测细胞尺寸范围会受到限制。

所以，亟需发展一种宽尺寸范围下的单细胞生物电学参量高通量检测装置及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种基于压缩通道的微流控芯片、单细胞生物电参量检测装置及检测方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种微流控芯片，包括绝缘承载体和绝缘衬底，其中，绝缘承载体包括：

细胞流入通道，用于细胞注入；